1930年春，冯、阎酝酿讨蒋，拉拢石友三，许以山东省主席和第四方面军司令之职。

石友三权衡利害，决定与冯、阎联合，这样，他又一次回到冯玉祥的麾下。

5月，中原大战爆发，石友三率第四方面军十万之众，从河南进攻山东，8月，又转入陇海线作战。

随着战争的发展，石友三见自己一点实惠也没有捞到，不禁消极观望起来。

这时，冯、阎军已呈败势，又听说张学良要出兵助蒋，石友三又在盘算自己的退路。

9月18日，张学良率大军入关，石友三即通电响应，投靠张学良，这是石友三第三次背叛冯玉祥。

在中原大战中，石友三由于投机取巧，兵力基本没有受到损失，成了北方军阀中势力比较完整的一个。

他率部进据豫北冀南三十余县，自任县长，就地筹饷，占据了一块地盘。

中原大战后，张学良负责收拾华北残局，1931年春节，石友三亲赴沈阳谒见张学良，以东北同乡的关系，尽量向张学良输诚。

张学良也有意收容石部，以扩充自己的势力。

蒋介石得知石友三到了沈阳，密电张学良将他扣押。

石友三得知，急忙辞行，但张学良挽留了他一个多月，在此期间，与蒋介石往来电商，替其开脱，石友三不解其意，反而对张产生怨恨。

石友三回到归德（邢台）后，张学良将其部收编为第十三路军，石友三为总指挥，辖六师又五个团以及一个铁甲车大队，拥有兵力六万四千余人，每月领取定额军饷六十万元。

石友三表面归顺张学良，暗中却又积极备战，准备向北扩展，争夺&ldo;华北王&rdo;的宝座。

5月，汪精卫、陈济棠、李宗仁在广州另组国民政府，特派李汉魂见石友三，委他为委员和第五集团军总司令，石友三接受此任命。

这时，张学良的堂弟张学成，与张学良素有积怨，从北平到归德，告之张学良病重住进北平协和医院，正宜举事。

石友三派驻北平办事处处长毕广垣（即石友三幼时当学徒的毕家粮坊的少爷）力劝他不要反张，石友三不听劝告，差点将毕广垣杀害。

6月，石友三加紧备战，为防备泄露真情，他下令将张学良派到部队的秘书长张云责活埋。

随后，石友三将部队扩编为九个军，以孙光前、米文和、程希贤、沈克、张学成、梁方起、王心斋、唐帮植为军长。

7月18日，石友三在归德宣誓就任广州政府所委任的第五集团军总司令职，并发出讨张通电，督率各部沿平汉路北进，准备一取石家庄，二占保定，三进平津。

7月24日，南京政府下令免去石友三本兼各职，以刘峙、张作相为总司令组成南、北两路集团军，以及晋军商震等部，联合讨伐石友三，讨石之战爆发。